(57)【要約】【課題】製造時間を短縮すると共に、高性能な半導体発光素子基板の製造方法を提供する。【解決手段】基板を加熱する基板加熱工程Ｓ３と、基板Ｓを洗浄する基板洗浄工程Ｓ６と、基板Ｓ上に、誘電体層Ｈ，Ｌを蒸着させる誘電体層形成工程Ｓ７と、基板の加熱を停止する基板加熱停止工程Ｓ８と、冷却手段１１，１２，１３によって、輻射熱を吸収して基板Ｓ及び基板保持手段３を冷却する冷却工程Ｓ９と、誘電体層Ｈ，Ｌ上に反射層Ｒを蒸着させる反射層形成工程Ｓ１１と、を備えてなることを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
2011135667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも屈折率の異なる２層以上の層から構成される誘電体層と、反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、
真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、
前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、
該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、
前記基板上に、前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、
前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、
前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、
前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなることを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項２】
基板上に少なくとも屈折率の異なる２層以上の層から構成される誘電体層と、反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、
真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、
前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、
該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、
前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、
前記基板上に、前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、
前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、
前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなることを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項３】
前記基板洗浄工程の前に、前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下であるか判断する第一の判断工程を更に備え、
前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下である場合、前記基板洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項４】
前記反射層形成工程の前に、前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下であるか判断する第二の判断工程を更に備え、
前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下である場合、前記反射層形成工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項５】
前記反射層は、アルミニウムを蒸着させて形成されてなることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項６】
前記誘電体層は、屈折率の高い層と、屈折率の低い層を交互に組み合わせて形成されてなることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項７】
前記第二の判断工程は、前記真空チャンバに真空バルブを介して接続された真空ポンプ及び前記真空バルブに接続された圧力制御手段と、前記基板の近傍に設置された温度計及び前記冷却手段に接続された温度制御手段と、によって行われ、
前記反射層形成工程は、前記圧力制御手段及び前記温度制御手段に接続されたシャッター制御手段が蒸発源上に配設されたシャッターを開く制御を行うことによって行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子基板の製造方法に係り、特に、製造時間を短縮し、高性能な半導体発光素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子（ＬＥＤ）は、消費電力が低く長寿命であり、さらに発光効率が高いため、光源としての実用化が進んでいる。そして半導体発光素子の分野において、ＧａＮ，ＧａＡｌＮ，ＩｎＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体は可視光発光デバイスや高温動作電子デバイス用等に広く用いられるようになってきた。【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体の製造では、基板表面において半導体膜を成長させるために、一般にサファイア基板が結晶基板として用いられている。サファイア基板は絶縁性であるため、ＧａＮ系化合物からなる発光層が設けられる基板面に対し、サファイア基板の裏側の面に電極を設けることができず、発光層と同じ面上にｐ電極及びｎ電極が設けられる。【０００４】
より詳細には、サファイア基板上にバッファー層、ｎ型ＧａＮ系化合物層、ＧａＮ系発光層、ｐ型ＧａＮ系化合物層の順に積層され、その上にｐ電極が設けられる。また、エッチングにより一部ｎ型ＧａＮ系化合物層を露出させ、ｎ型電極が設けられるのが一般的である。【０００５】
したがって、サファイア基板上にｎ型ＧａＮ系化合物層、ＧａＮ系発光層、ｐ型ＧａＮ系化合物層が順に積層し、これらの各層と同じ面上にｐ電極及びｎ電極が設けられることにより、半導体発光素子が形成される。【０００６】
上記構成の半導体発光素子を各種デバイスに実装する際、実装方法としてはフェースアップ実装、フェースダウン実装の二種に大別される。フェースアップ実装とは、電極が形成された面を上方にして、基板をデバイス側に配設する方法であり、電極側から光を取り出す構成である。一方、フェースダウン実装とは、電極が形成された面を下方にして、電極をデバイス側に配設する方法であり、基板側から光を取り出す構成である。【０００７】
フェースアップ実装の場合、半導体発光素子において、サファイア基板上の各層及び電極を形成した面とは反対側の面に反射層を形成することにより、光の取り出し効率を向上させることができる。反射層に用いる材料としては、青色ＬＥＤの発光波長範囲（約４５０〜４７０ｎｍ）における反射率が高いアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、青色ＬＥＤの発光波長範囲における反射効率は、Ａｌでは約９２％、Ａｇでは約９５％であることが知られている。【０００８】
そして、サファイア基板と上記金属からなる反射層の間に、さらに増反射層となる誘電体層を複数設けることにより、より高い反射率を得ることができる。この誘電体層は、屈折率が高い物質からなる誘電体層（Ｈ）と、屈折率が低い物質からなる誘電体層（Ｌ）を、それぞれ波長４６０ｎｍに対し、（λ）／４の光学膜厚となるように交互に積層させて形成される。【０００９】
このような屈折率の異なる誘電体層を備えた半導体発光素子基板の構成は、以下の式１または式２のように簡略的に表される。
サファイア基板／ａＬ（ＨＬ）ｂ／Ａｌ（またはＡｇ）・・・（式１）
サファイア基板／ｃＨ（ＬＨ）ｄＬ／Ａｌ（またはＡｇ）・・・（式２）
なお、このときａ，ｂ，ｃ，ｄは整数である。
そして、上記の式１または式２で表された構成の半導体発光素子基板において、高屈折率誘電体層（Ｈ）の材料としてはＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５等、低屈折率誘電体層（Ｌ）の材料としてはＳｉＯ２等が用いられる。【００１０】
高屈折率誘電体層（Ｈ）の材料としてＴｉＯ２、低屈折率誘電体層（Ｌ）の材料としてＳｉＯ２を用いた時、光学特性の計算結果は図７のようになる。図７から示されるように、高屈折率誘電体層（Ｈ）と低屈折率誘電体層（Ｌ）は、ｂ，ｄが多いほど高い反射率を得ることができ好適である。しかし、ｂ、ｄが多いとプロセス時間が長くなり、また、発光層の発熱に対し、熱伝導が悪くなるため、２＜ｂ＜４が適している。【００１１】
上記誘電体層をサファイア基板上に成膜する際、真空蒸着法が一般的に用いられている。そして、真空蒸着法において、真空チャンバ内で基板表面に向けて誘電体材料を蒸発させる際に、基板上に堆積した蒸着層にイオンを照射することによって緻密化を行う蒸着方法、すなわち、イオンアシスト蒸着法が知られている。【００１２】
この蒸着法においては、イオン源により比較的低エネルギーのイオンビーム（ガスイオン）が基板に照射されると共に、ニュートラライザと呼ばれる中和器によって基板に電子が照射される。この構成により、イオンビームによる基板上に蓄積した電荷を中和しつつ、イオンビームの運動エネルギーによって緻密な光学薄膜を作製することが可能となっている（例えば、特許文献１）。また、成膜した誘電体層の結晶化も防止することができ、光学特性に優れ、さらに耐環境特性に優れた薄膜を形成することができる。【００１３】
しかし、特許文献１に記載の技術では、誘電体層の形成時、蒸発源が約２０００℃の高温になる。さらに、イオンビームを照射するためのイオン源を用いる場合には、イオン源自体が高温になると共に、イオンの照射に伴い、基板が加熱される。このときの基板温度は、誘電体層の材料、成膜する厚さ、層数等に依存するが、基板温度は約１００℃以上に加熱される。【００１４】
その結果、蒸発源やイオン源を熱源とする輻射熱により基板が加熱され、誘電体層の成膜後は基板温度が高温になっている。しかし、誘電体層の上にＡｌやＡｇ等からなる反射層を形成する際、良好な光学特性を得るために、基板温度を５０℃以下に冷却して成膜する必要がある。したがって、半導体発光素子基板の製造において、サファイア基板の裏面に複数の誘電体層及びＡｌ等の反射層を形成するためには、基板を冷却するために冷却時間を設ける必要があり、製造には長時間を要するという問題点があった。【００１５】
このような基板温度の上昇を防止する技術として、特許文献２では、基板を冷却するための冷却面を真空チャンバ内に設ける技術が提案されている。この技術によれば、基板に対して蒸発源とは反対の側に設けられた冷却面によって基板が冷却されるため、基板温度の上昇を防ぐことができる。【００１６】
【特許文献１】特開２００７−２４８８２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１８４６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、特許文献２に開示された技術はプラスチック等の熱変形温度が低い材料からなる基板に対して真空蒸着法により成膜を行うことを目的とした技術であり、半導体光学素子を製造する技術、より詳細には、高性能の反射層を形成する技術に関しては記載されていない。
したがって、特許文献２に開示された技術を用いて、反射層の反射率が高く、高性能な半導体発光素子基板の製造方法が望まれていた。【００１８】
本発明の目的は、半導体発光素子基板の製造方法において、製造時間を短縮すると共に、高性能な半導体発光素子基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体発光素子基板の製造コストの低減を図り、製造コストが低廉な半導体発光素子基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題は本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板上に少なくとも屈折率の異なる２層以上の層から構成される誘電体層と、反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、前記基板上に、前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなること、により解決される。【００２０】
従来の方法では、基板は真空中に配設されるため真空断熱されており、その結果、基板の冷却に長時間を要していた。さらに誘電体層形成工程において、蒸発源及びイオン源が加熱されており、その輻射熱を基板が受けるために、冷却効率が非常に低いものであった。
このような問題点に対し、本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板からの輻射熱を冷却手段によって吸収することにより、効果的に冷却することができる。したがって、複数の誘電体層を成膜した後、基板温度が上昇しても、真空チャンバ内で基板の輻射熱を吸収する冷却工程を備えていることにより、基板の冷却時間を短縮することができ、製造時間を短縮することができる。【００２１】
また、前記課題は、本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板上に少なくとも屈折率の異なる２層以上の層から構成される誘電体層と、反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、前記基板上に、前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなること、により解決される。【００２２】
このように本発明では、誘電体層形成工程、さらには基板洗浄工程よりも先に、基板及び基板保持手段からの輻射熱を冷却手段によって吸収し、基板及び基板保持手段を冷却する工程が設けられている。したがって、基板洗浄中、誘電体層形成中に基板温度が上昇しすぎることがなく、反射層形成工程を開始するまでの冷却時間をさらに短縮することができ、製造効率をさらに向上させることができる。
また、複数の誘電体層を成膜していく工程においても基板が冷却されているため、良好な膜質の誘電体層を成膜することができる。【００２３】
このとき、前記基板洗浄工程の前に、前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下であるか判断する第一の判断工程を更に備え、前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下である場合、前記基板洗浄工程を行うと好ましい。
このように、基板洗浄工程の前に第一の判断工程を設け、真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下である時に基板洗浄工程を行い、さらに基板洗浄工程に引き続いて誘電体層の成膜を開始する構成とすると、良好な膜質の誘電体層を形成することができ、その結果、反射層と組み合わせることにより高い反射率を得ることができる。一方、誘電体層を成膜する時の真空チャンバ内の圧力が１×１０−３Ｐａよりも高い場合には、良好な膜質の誘電体層を得ることが難しく、反射層と組み合わせた際に、高い反射率を得ることが難しくなる。【００２４】
さらに、前記反射層形成工程の前に、前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下であるか判断する第二の判断工程を更に備え、前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下である場合、前記反射層形成工程を行うと好適である。
このように、反射層形成工程の前に第二の判断工程を設け、基板の温度が５０℃以下で、且つ真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下である時にのみ反射層を成膜する工程が行われる構成とすることにより、高い反射率を備えた反射層を形成することができる。一方、基板温度が５０℃よりも高い場合や、また、反射層成膜時の真空チャンバ内の圧力が３×１０−４Ｐａよりも高い場合は、反射層の反射率が低くなり、良好な反射層を得ることが難しい。【００２５】
また、前記反射層は、アルミニウムを蒸着させて形成されてなると好ましい。
反射層の材料として、高い反射率を備えたアルミニウムを用いることにより、高い反射率を得ることができる。また、各誘電体層に対して高い密着性を備えた反射層とすることができる。【００２６】
さらにまた、前記誘電体層は、屈折率の高い層と、屈折率の低い層を交互に組み合わせて形成されてなると好ましい。
誘電体層の材料として、高屈折率誘電体と低屈折率誘電体とを用い、これらを交互に蒸着させることにより、反射層と組み合わせた際、より高い反射率を得ることができる。【００２７】
また、前記第二の判断工程は、前記真空チャンバに真空バルブを介して接続された真空ポンプ及び前記真空バルブに接続された圧力制御手段と、前記基板の近傍に設置された温度計及び前記冷却手段に接続された温度制御手段と、によって行われ、前記反射層形成工程は、前記圧力制御手段及び前記温度制御手段に接続されたシャッター制御手段が蒸発源上に配設されたシャッターを開く制御を行うことによって行われると好適である。
このように、圧力制御手段によって真空チャンバ内の圧力が監視されると共に、自動的に真空バルブの開閉が行われ、真空チャンバ内の圧力が制御される構成とすると、作業性が良くなり、製造効率を向上させることができる。
さらに、温度制御手段によって基板温度が監視されると共に、冷却手段において冷却力の強弱が制御される構成とすると、作業性が良くなり、製造効率を向上させることができる。
そして、真空チャンバ内の圧力と基板温度が各制御手段によって監視され、それぞれが所定条件以下となった場合に、圧力及び温度制御手段に接続されたシャッター制御手段によってシャッターが開かれる構成とすると、作業効率をさらに向上させることができる。また、各条件を作業者が誤認して各層を成膜することがなく、均一な条件で半導体発光素子基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、反射層の成膜を開始する前に、基板を冷却する時間が短縮されるため、製造効率を向上させることができる。また、反射層及び誘電体層の成膜に適した圧力条件、温度条件を設けることにより、高い反射率を備えた半導体発光素子基板を提供することができる。
請求項２に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板洗浄時や、誘電体層形成時においても基板の冷却を行うため、反射層の成膜を開始する前に基板を冷却する時間がさらに短縮される。また、反射層及び誘電体層の成膜に適した圧力条件、温度条件を設けることにより、高い反射率を備えた半導体発光素子基板を提供することができる。
請求項３に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、良好な膜質の誘電体層を形成することができる。
請求項４に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、良好な膜質の反射層を形成することができる。
請求項５に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、反射層を形成する材料をアルミニウムとすることにより、より高い反射率の反射層を形成することができる。
請求項６に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、誘電体層の各層において、屈折率の高い層及び低い層を交互に組み合わせることにより、より反射率を向上させることができる。
請求項７に係る半導体発光素子基板の製造方法によれば、真空チャンバ内の圧力の監視、制御及び基板温度の監視、制御を作業者が行う必要がないため、作業効率が向上する。また、真空チャンバ内の圧力及び基板温度を作業者が誤認して各層の成膜を開始することがないため、均一な品質の反射層及び誘電体層を備えた半導体発光素子基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る薄膜形成装置を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程のフローチャート図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程のフローチャート図である。
【図６】本発明の実施例に係る半導体発光素子基板の製造時間と基板温度との関係を示すグラフ図である。
【図７】屈折率の異なる誘電体を積層した反射層の波長と反射率との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    イオンアシスト蒸着装置（薄膜形成装置）
２    真空チャンバ
３    基板ホルダ（基板保持手段）
３ａ    貫通孔
３ｂ    取付部材
４    基板ホルダ回転軸
５    基板ホルダ回転モータ
６    蒸発源
７    イオン源
８    加熱手段
１１    冷凍機（冷却手段）
１２    冷媒管（冷却手段）
１３    冷却板（冷却手段）
１３ａ    近接冷却面
１７，１８    取付治具
２０    圧縮機
２１    冷却ソレノイドバルブ
２２    水冷コンデンサ
２３    解凍ソレノイドバルブ
２４    温度制御手段
２５    温度計
２６    熱交換器
３１    真空バルブ
３２    圧力計
３３    真空ポンプ
３４    圧力制御手段
４３    上部冷却板（冷却手段）
４３ａ    近接冷却面
４４    底部冷却板（冷却手段）
４４ａ    蒸発源側冷却面
４４ｂ    開口（蒸発源貫通開口）
４４ｃ    開口（イオン源貫通開口）
４５    側部冷却板（冷却手段・防着板）
４５ａ    側壁側冷却面
４６    冷媒管
１００    バッファー層
１１０    ｎ型ＧａＮ層
１２０    発光層
１３０    ｐ型ＧａＮ層
２１０    ｎ電極
２３０    ｐ電極
Ｓ    基板
Ｐ    蒸着物質
Ｒ    反射層
Ｈ    高屈折率誘電体層
Ｌ    低屈折率誘電体層
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。【００３２】
図１は、薄膜形成装置の一種であるイオンアシスト蒸着装置１の説明図であり、装置の一部を断面として示している。
この図に示すように、イオンアシスト蒸着装置１は、真空チャンバ２と、基板ホルダ３と、基板ホルダ回転軸４と、基板ホルダ回転モータ５と、蒸発源６と、イオン源７と、加熱手段８と、冷凍機１１と、冷媒管１２と、冷却板１３と、を主要な構成要素として備えている。【００３３】
真空チャンバ２は、内部で成膜を行うための容器である。本実施形態の真空チャンバ２は、ほぼ円筒形状をした中空体であり、基板Ｓを配置して薄膜形成を行うことが可能となっている。真空チャンバ２には、真空ポンプ３３が接続されており、この真空ポンプ３３が真空チャンバ２の内部を排気することで、真空チャンバ２の内部は１×１０−２〜１×１０−５Ｐａ程度の真空状態とすることができる。
また、真空チャンバ２には、内部にガスを導入するためのガス導入管（不図示）が形成されている。【００３４】
真空チャンバ２の材料としては、アルミニウムやステンレス等の金属材料等を挙げることができる。本実施形態では、ステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３０４を用いている。【００３５】
基板ホルダ３は、真空チャンバ２の内部に設けられ、基板Ｓを保持するための部材である。本実施形態の基板ホルダ３は、平板状の部材で構成されているが、所定の曲率を有するドーム状の部材で構成されてもよい。なお、基板ホルダ３は、本発明の基板保持手段に相当する。【００３６】
基板ホルダ３には、一方の板面から他方の板面まで貫通する貫通孔３ａが形成されている。基板Ｓは、この貫通孔３ａを塞ぐように、取付部材３ｂを用いて基板ホルダ３に取り付けられている。【００３７】
本実施形態の取付部材３ｂは、基板ホルダ３の貫通孔３ａよりも大径の円盤状をなしており、円盤面の一部が下向きに凹んだ形状をしている。この凹んだ部分には開口が形成されている。基板ホルダ３への基板Ｓの取付けは、まず基板ホルダ３の貫通孔３ａに取付部材３ｂを載置し、次に取付部材３ｂの凹部に基板Ｓを、成膜面を下にした状態で載置する。このように、本実施形態では、基板ホルダ３に取付部材３ｂと基板Ｓをただ載せるだけで、簡単に基板Ｓをセットすることができる。なお、基板ホルダ３の回転時に基板Ｓが動かないように、基板Ｓを取付部材３ｂに固定するようにしてもよい。【００３８】
基板ホルダ３の中心には、基板ホルダ３の板面に対して垂直な方向に棒状の基板ホルダ回転軸４の一端側が接続されている。基板ホルダ回転軸４の他端側は、真空チャンバ２の壁面を貫通して真空チャンバ２の外部へ延出しており、基板ホルダ回転モータ５の出力軸と接続されている。【００３９】
基板ホルダ回転モータ５は基板ホルダ３を回転させるための装置である。基板ホルダ回転モータ５は、真空チャンバ２の外部に設けられている。基板ホルダ回転モータ５の出力軸は基板ホルダ回転軸４の軸心と一致しており、基板ホルダ回転モータ５の回転出力が基板ホルダ回転軸４を介して基板ホルダ３に伝達されて基板ホルダ３が回転する。
なお、基板ホルダ回転モータ５の出力軸は、図示しない磁気シールベアリングなどの手段により真空シールされている。【００４０】
基板Ｓは、表面に各層が形成される基礎となる部材である。本発明では、半導体発光素子基板の基板Ｓとして汎用性が高いサファイア基板を用いるのが好ましいが、その他、半導体発光素子基板の素材として適した材料を用いることができる。【００４１】
また、本実施形態では基板Ｓの形状として平板状のものを用いているが、これに限定されず、半導体発光素子基板が形成される基板として適当な形状のものを用いることができる。【００４２】
蒸発源６は、真空チャンバ２の内部下側に配設され、基板Ｓにむけて蒸着物質Ｐ、すなわち高屈折率物質、低屈折率物質及び金属（Ａｌ，Ａｇ等）を放出する蒸発手段である。蒸発源６は、蒸着物質Ｐを載せるためのくぼみを上部に備えた蒸発ボートと、蒸着物質Ｐに電子線を照射して蒸発させる電子銃と、を備えている。さらに、本実施形態では、蒸発ボートから基板Ｓに向かう蒸着物質Ｐを遮断する位置に回転自在に設けられた図示しないシャッターを備えている。そしてこのシャッターは不図示のシャッター制御手段によって適宜開閉制御される。【００４３】
本実施形態では、蒸発源６として、蒸着装置で用いられる一般的な装置を採用している。すなわち、蒸発ボートとして円筒形のハースライナーが複数個設けられ、これらハースライナーが円盤状ハースの同心円状の窪みに配設されている。円盤状ハースは、銅などの熱伝導性の高い金属で形成され、図示しない水冷装置により直接的または間接的に冷却されている。各ハースライナーには、蒸着物質Ｐが収容されており、一つのハースライナーの蒸着物質Ｐがなくなると、円盤状ハースが回転し、次のハースライナーの蒸着物質Ｐを蒸発させる。
円盤状ハース自体は水冷されているので熱源とはなりにくいが、ハースライナーに残った蒸着物質Ｐは通常酸化物であるため熱伝導率が低く、冷却されにくい。このため、ハースライナー上の蒸着物質Ｐは、基板Ｓを輻射熱により加熱する熱源となる。【００４４】
蒸発ボートに薄膜の原料となる蒸着物質Ｐを載せた状態で、１〜３ｋＷ程度の電子線を発生させ、これを蒸着物質Ｐに照射すると、蒸着物質Ｐが加熱されて蒸発する。この状態で図示されていないシャッターを開くと、蒸発ボートから蒸発する蒸着物質Ｐは基板Ｓに向けて真空チャンバ２の内部を移動して、基板Ｓの表面に付着する。成膜中は、蒸発源６の温度は１５００〜２５００℃にまで上昇する。
また、蒸発源６は、蒸着物質Ｐの溶かし込みのために成膜時以外のシャッターが閉じた状態でも予備加熱されているため、シャッターやその周囲の温度も上昇する。
なお、蒸発源６としては、このような電子銃により蒸発される装置に限定されず、例えば抵抗加熱により蒸着物質Ｐを蒸発させる装置でもよい。【００４５】
本実施形態において形成される半導体光学素子は、高屈折率物質と低屈折率物質とを交互に積層させ、さらにその上に反射層Ｒを積層させて成膜しているが（図３を参照）、蒸着物質Ｐの種類や数に依存して、蒸発源６の数や配置を適宜変更可能である。【００４６】
イオン源７は正のイオンを基板Ｓに向けて照射するための装置であり、反応ガス（例えばＯ２）や希ガス（例えばＡｒ）のプラズマから帯電したイオン（Ｏ２＋，Ａｒ＋）を引き出し、加速電圧により加速して射出する。イオン源７としては、真空蒸着装置において一般的に用いられる公知のものを用いることができる。【００４７】
蒸発源６から基板Ｓに向けて移動する蒸着物質Ｐは、イオン源７から照射される正イオンの衝突エネルギーにより、基板Ｓの表面に高い緻密性でかつ強固に付着する。このとき、基板Ｓはイオンビームに含まれる正イオンにより正に帯電する。
なお、必要に応じて、正に帯電した基板Ｓや基板ホルダ３に電子ビームを照射して電荷の中和を行うニュートラライザを設けるようにしてもよい。【００４８】
また、本実施形態では、イオン源７から放出されるイオンにより、基板Ｓの表面を予めイオンクリーニングしてから、各層を形成する。【００４９】
本実施形態では、基板ホルダ３の下方に加熱手段８が設けられている。加熱手段８は、輻射熱により基板Ｓを加熱するための加熱源である。なお、このような加熱手段８としては、ハロゲンランプ、赤外線ヒータ等の公知のものが用いられる。また、後述する温度計２５で測定された温度に基づいて、温度制御手段２４により、加熱手段８の発熱量を制御してもよい。【００５０】
真空チャンバ２の内部の圧力は圧力計３２によって計測、表示され、所望の圧力を圧力制御手段３４によって制御することができる。すなわち、圧力計３２によって計測された内部圧力が、圧力計３２に接続された圧力制御手段３４によって監視され、所定の圧力よりも減圧になると圧力制御手段３４に接続された真空バルブ３１が閉じられることにより、真空ポンプ３３による排気が行われなくなる。また、真空チャンバ２側に、不図示のＭＶ（ミニチュアバルブ）を備えた構成としても良い。【００５１】
一方、所望の圧力まで減圧されていない状態では、圧力制御手段３４に接続された真空バルブ３１が開かれ、真空ポンプ３３による排気が行われる。このように、圧力制御手段３４によって真空チャンバ２の内部圧力が監視され、真空チャンバ２内の圧力を所定の値に制御することができる。
なお、真空チャンバ２において、圧力計３２が配設される部分は真空シールされた構成となっている。また、圧力計３２、真空バルブ３１、真空ポンプ３３はそれぞれ公知のものを用いることができる。【００５２】
次に、本実施形態の冷却手段について説明する。
冷却手段は、基板Ｓを冷却してその温度を適当な温度で維持するための手段である。冷却手段は、冷凍機１１と冷媒管１２と冷却板１３とを主要な構成要素としている。【００５３】
真空チャンバ２の内部には、冷却板１３が配設されている。冷却板１３は、円盤状をしており、基板ホルダ３の上面に沿って配置されている。すなわち、基板ホルダ３を挟んで蒸発源６が設けられる側とは反対側に冷却板１３が配設されている。冷却板１３は、銅やアルミニウムといった熱伝導性の高い金属材料などで形成されている。
なお、冷却板１３は、基板ホルダ３や基板Ｓの温度、冷凍機１１の性能などを鑑みて、完全な板状ではなく、穴の開いた板状あるいは短冊状であってもよい。【００５４】
冷却板１３のうち真空チャンバ２の中心側、すなわち基板Ｓが配設される側の面は、本発明の近接冷却面１３ａを構成する。また、近接冷却面１３ａと反対側の面には、冷媒管１２が当接している。このため、冷媒管１２を流れる冷媒により、冷却板１３のうち冷媒管１２に当接する面が冷却され、これと反対側の面に形成された近接冷却面１３ａも冷却される。【００５５】
冷却板１３は、取付治具１７を用いて真空チャンバ２内に固定されている。冷却板１３と基板ホルダ回転軸４との間には隙間が空いており、基板ホルダ回転軸４がスムーズに回転できるようになっている。なお、基板ホルダ回転軸４から熱伝導で熱が流入するのを防ぐために、基板ホルダ回転軸４の途中に熱伝導率の低い物質を挟んで熱絶縁したり、基板ホルダ回転軸４の冷却用の冷却板を配置したりしてもよい。【００５６】
また、冷却板１３の壁面と基板ホルダ回転軸４の外周面との間にベアリングなどを設けて基板ホルダ回転軸４をスムーズに回転させるとともに、基板ホルダ回転軸４に沿って熱の移動が生じにくくするようにしてもよい。【００５７】
冷媒管１２は、内部が中空の管状部材により構成されており、後述する冷却板１３を冷却するクライオコイルとしての役割を有している。冷媒管１２は、一端が冷凍機１１の吐出口に、他端が流入口に接続されており、真空チャンバ２の内部に導入されている。そして、冷凍機１１から吐出される冷媒を一端側から他端側へ流すことで、冷媒を冷凍機１１に循環させるよう構成されている。【００５８】
冷媒管１２は、冷媒流入側が外側、送出側が内側となるように渦巻状に巻回しており、円盤状の冷却板１３の外側平面に当接して固定されている。なお、冷媒管１２を固定する形態としては、このような渦巻状に限定されず、螺旋状、蛇行状などであってもよい。【００５９】
冷凍機１１は、冷媒を冷却するとともにこれを冷媒管１２に供給して循環させるための装置である。本実施形態の冷凍機１１は、冷媒管１２をクライオコイルとする公知の冷凍装置を用いている。【００６０】
具体的に説明すると、冷凍機１１は、冷媒（ガス冷媒）を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０からの冷媒を冷却水との熱交換により冷却する水冷コンデンサ２２と、圧縮水冷された冷媒を膨張させて冷却する熱交換器２６と、冷凍機１１の吐出口側に設けられた冷却ソレノイドバルブ２１及び解凍ソレノイドバルブ２３とを備えている。熱交換器２６の内部には、図示しない膨張弁が設けられている。【００６１】
そして、冷凍機１１により冷却された冷媒を冷媒管１２に流すことで、クライオコイルとしての冷媒管１２が冷却される。冷媒管１２内の冷媒は、真空チャンバ２内で温度上昇して一部蒸発し、温度の高いガス冷媒として冷凍機１１に環流する。ガス冷媒は、圧縮機２０で圧縮され、水冷コンデンサ２２と熱交換器２６で再び冷却されることで低温の冷媒となり、吐出口から冷媒管１２に再度送出される。【００６２】
冷凍機１１には、冷媒管１２を循環したガス冷媒を流入させる流入口が設けられている。流入口から流入した高温のガス冷媒は、冷凍機１１内で再度冷却される。
さらに、冷却ソレノイドバルブ２１を閉じ、解凍ソレノイドバルブ２３を開くことで、圧縮機２０で圧縮され比較的温度が高いガス冷媒（以下、「加熱ガス」という。）を、水冷コンデンサ２２を通さないで直接冷媒管１２に流すことで、クライオコイルの温度を室温程度まで急速に高めることができる。【００６３】
冷凍機１１の吐出口側には、冷却ソレノイドバルブ２１と解凍ソレノイドバルブ２３とが設けられている。各ソレノイドバルブ２１，２３は、いずれも２つの弁を備え、電磁制御によりこれを切り替えることができる弁である。
冷却ソレノイドバルブ２１は、熱交換器２６から冷媒管１２へ冷媒を供給するラインの途中に設けられている。また、解凍ソレノイドバルブ２３は、上記ラインから分岐して圧縮機２０の出力側のラインに接続される分岐ラインの途中に設けられている。【００６４】
冷凍機１１は、３つのモードを取り得る。すなわち、ソレノイドバルブ２１，２３がいずれも閉じて冷媒管１２に冷媒及び加熱ガスのいずれも供給されない「スタンバイモード」と、冷却ソレノイドバルブ２１のみが開いて冷媒管１２へ冷媒が供給される「冷却モード」と、解凍ソレノイドバルブ２３のみが開いて冷媒管１２へ加熱ガスが供給される「解凍モード」である。【００６５】
冷却開始前は、冷凍機１１のモードは「スタンバイモード」とされ、冷却ソレノイドバルブ２１、解凍ソレノイドバルブ２３のいずれも閉じた状態となっている。
冷凍機１１により冷却板１３を冷却する場合、冷凍機１１のモードは「冷却モード」とし、冷却ソレノイドバルブ２１を開くとともに、解凍ソレノイドバルブ２３を閉じたままとする。これにより、例えば−１００℃以下に冷却された冷媒が冷媒管１２に流れ、冷却板１３が−１００℃以下に冷却される。【００６６】
一方、イオンアシスト蒸着装置１を大気に開放する場合、冷却板１３の温度を０℃以上の室温程度にする必要があるため、冷凍機１１のモードを「解凍モード」とし、冷却ソレノイドバルブ２１を閉じるとともに、解凍ソレノイドバルブ２３を開く。これにより、加熱ガスが冷媒管１２に供給され、冷却板１３の温度が上昇する。【００６７】
基板Ｓの温度を測定するための温度計２５が基板Ｓに近接して配置されている。温度計２５は、熱電対などの公知の温度測定手段を用いることができる。
そして、温度計２５は温度制御手段２４と接続されている。温度制御手段２４は、冷凍機１１の冷却ソレノイドバルブ２１や解凍ソレノイドバルブ２３を開閉制御するための電磁弁とも接続されており、それぞれの開閉状態を適宜変更することにより冷却板１３による基板Ｓの冷却温度を調整している。
この構成により、成膜時、成膜条件に応じて供給電力を変化させて温度を一定に保つことができる。【００６８】
冷凍機１１は、装置の運転状態に応じて「スタンバイモード」、「冷却モード」及び「解凍モード」のいずれかのモードを実施可能となっている。冷却板１３の温度は、冷凍機１１に戻ってくる冷媒の温度を冷凍機１１内に設けた温度計（不図示）で検出することで測定できる。予め設定された冷却板温度に基づいて、「冷却モード」における冷凍機の運転状態を制御し、冷却板１３の温度を制御することができる。【００６９】
近接冷却面１３ａは基板Ｓに近い位置に設けられているため、基板Ｓ及び基板ホルダ３からの輻射熱を吸収してこれを冷却する。すなわち、温度の高い基板Ｓや基板ホルダ３から輻射される熱量は、温度の低い近接冷却面１３ａから輻射される熱量よりも大きいため、基板Ｓや基板ホルダ３から近接冷却面１３ａに熱が移動することで放射冷却が起こり、基板Ｓと基板ホルダ３が冷却される。【００７０】
このような構成を備えることで、冷却板１３は、基板ホルダ３の上側から基板Ｓを冷却することが可能となっている。このため、基板Ｓの温度上昇を抑制し、成膜時、所望の基板温度を保つことが可能となる。さらに、成膜時に基板温度が上昇しても、基板Ｓが冷却されているため、冷却時間を効果的に短縮することができる。【００７１】
また、基板Ｓは取付部材３ｂに載置されて基板ホルダ３に取り付けられているため、基板Ｓの上下面が外部に露出し、基板Ｓの露出面と近接冷却面１３ａとの間を遮蔽するものが何もない状態となっている。このため、基板Ｓから近接冷却面１３ａへ輻射熱がスムーズに移動し、基板Ｓを効率的に冷却することが可能となっている。
さらに、基板Ｓを均一に冷却するために、基板Ｓの表面全体を基板ホルダ３とほぼ同じ材料で形成された被覆部材で覆ってもよい。この場合、被覆部材と基板ホルダ３がほぼ同じ熱輻射率で、かつ、基板Ｓと被覆部材のそれぞれの熱容量を足し合わせた合計の熱容量が基板ホルダ３の熱容量とほぼ同じであることが好ましい。【００７２】
次に、図１の真空チャンバ２内での熱の移動について説明する。
冷却板１３と基板ホルダ３は近接して設置されているので、実質的に平行平板と考えてよい。平行平板の単位面積あたりの輻射熱による熱伝達は、以下の式３で表される。
Ｑ＝εｓσＴｓ４−εｃσＴｃ４    ・・・（式３）
ここで、Ｑは熱量、εｓは基板Ｓの熱輻射率、εｃは冷却板１３の熱輻射率、σはステファン・ボルツマン定数、Ｔｓは基板Ｓの絶対温度〔Ｋ〕、Ｔｃは冷却板１３の絶対温度〔Ｋ〕である。【００７３】
εｓとεｃは同じオーダなので、Ｔｓに比べてＴｃが十分低ければ、熱は基板Ｓから冷却板１３に一方的に流れる。この効果は、例えばＴｓが１００℃の場合は、冷却板１３の片面１ｍ２あたり１ｋＷ前後の冷却効果であり、冷却板１３がある場合はない場合と比較して基板Ｓの温度を３０℃以上低くすることができる。冷却板１３は、上下両面で熱を吸収するため、冷却板１３の冷却能力としては２ｋＷ程度あればよいことになる。【００７４】
蒸発源６は１〜３ｋＷ、イオン源７は０．５〜１．５ｋＷの熱源となるので、冷却板１３（図２の上部冷却板４３）のみで冷却効果が不足する場合は、図２に示す他の実施形態のように底部冷却板４４や側部冷却板４５を設置することで、基板Ｓの温度を一層効果的に低下させることができる。【００７５】
次に、図２を参照して本発明の他の実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係る薄膜形成装置１の説明図である。
本実施形態の薄膜形成装置（イオンアシスト蒸着装置）１は、基板ホルダ３の上面側に設けられた冷却板（上部冷却板４３）の他に、底部冷却板４４と側部冷却板４５を備え、基板ホルダ３の周囲全体を冷却板で取り囲んでいる点を特徴としている。【００７６】
真空チャンバ２の内部には、基板ホルダ３を挟んで蒸発源６の反対側に配置され基板ホルダ３に近接して配置される上部冷却板４３と、真空チャンバ２の底部に配置された底部冷却板４４と、真空チャンバ２の内側面に沿って配置された側部冷却板４５と、を主要な構成要素としている。【００７７】
このうち、上部冷却板４３は、第１の実施形態に係る冷却板１３と同様の構成であるため、説明を省略する。すなわち、上部冷却板４３は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が近接冷却面４３ａを構成する。【００７８】
底部冷却板４４は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が蒸発源側冷却面４４ａを構成している。また、側部冷却板４５は、本発明の冷却手段の一部を構成し、基板ホルダ３側の面が側壁側冷却面４５ａを構成している。さらに、冷凍機１１、冷媒管１２は、本発明の冷却手段に相当する。【００７９】
底部冷却板４４には、蒸発源６を貫通させるための開口４４ｂ（蒸発源貫通開口）と、イオン源７を貫通させるための開口４４ｃ（イオン源貫通開口）とが形成されている。蒸発源６は開口４４ｂを、イオン源７は開口４４ｃを通じて、それぞれの上部側が冷却板１３により囲まれた領域内に位置している。このように、底部冷却板４４は、開口４４ｂ、４４ｃを備えることで、蒸発源６やイオン源７から基板Ｓへ供給される蒸着物質Ｐやイオンビームを妨げない形状となっている。【００８０】
側部冷却板４５は、真空チャンバ２の側部内壁面に着脱自在に取り付けられている。側部冷却板４５は、防着板としての機能を兼ねている。すなわち、側部冷却板４５は、蒸発源６からの蒸着物質Ｐが真空チャンバ２の側部内壁面に付着することを防止する部材としての機能を有している。【００８１】
そして、側部冷却板４５に蒸着物質Ｐが付着して真空チャンバ２内が汚染される状況になると、側部冷却板４５を真空チャンバ２から取り外し、サンドブラスト等により表面を研磨することで蒸着物質Ｐを除去することが可能となる。これにより、真空チャンバ２内をクリーンな状態とすることができる。
なお、底部冷却板４４も、側部冷却板４５と同様に、着脱自在で防着板としての機能を兼ね備えている。【００８２】
上部冷却板４３、底部冷却板４４、側部冷却板４５の真空チャンバ２壁面側には、冷媒管４６が当接している。冷媒管４６は、第１の実施形態の冷媒管１２と同様に、内部に冷媒を流すことが可能な管状部材である。【００８３】
冷媒管４６は、上部冷却板４３の上側平面で渦巻状に巻回し、次に側部冷却板４５の外周面を螺旋状に周回し、底部冷却板４４の下側平面で渦巻状に巻回している。冷凍機１１の吐出口側は上部冷却板４３の一端に接続され、流入口側は底部冷却板４４の一端に固定されている。このため、冷凍機１１から供給される冷媒は、上部冷却板４３、側部冷却板４５、底部冷却板４４を順次循環し、再び冷凍機１１に還流する。【００８４】
本実施形態では、上部冷却板４３、底部冷却板４４、側部冷却板４５が基板ホルダ３の周囲全体を取り囲む構成となっている。すなわち、底部冷却板４４及び側部冷却板４５により蒸発源６やイオン源７の熱が吸収され、更には基板ホルダ３からの輻射熱も吸収されるため、基板Ｓの上方のみに冷却板１３を設けた上記実施形態と比較して、一層確実に基板Ｓを冷却することができる。【００８５】
底部冷却板４４と側部冷却板４５は、いずれも本発明の任意的構成要素である。これら底部冷却板４４、側部冷却板４５は、基板Ｓの耐熱温度や成膜条件（電子銃やイオン源７への入力パワー条件、成膜時間など）により、特別な冷媒を用いずに、単に水を循環させて水冷により冷却するようにしてもよい。また、上部冷却板４３のみで基板Ｓを十分に冷却できる場合は、これらの底部冷却板４４、側部冷却板４５による冷却を行わなくてもよい。【００８６】
さらに、本実施形態では、上部冷却板４３、底部冷却板４４、側部冷却板４５を冷却する冷凍機１１は共通の装置であるが、各冷却板４３〜４５を冷却するための個別の冷凍機を設けるようにしてもよい。【００８７】
次に、図３を用いて本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の構成を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の概略断面図である。【００８８】
一般的に半導体発光素子は、図３のように、サファイア等によって構成される基板Ｓ上に、バッファー層１００、ｎ型ＧａＮ層１１０、発光層１２０、ｐ型ＧａＮ層１３０が順に積層される。そして、ｎ型ＧａＮ層１１０の一部はエッチングによって階段状に除去され、この除去された部分にｎ電極２１０が形成されている。また、ｐ電極２３０はｐ型ＧａＮ層１３０上に形成される。【００８９】
一方、基板Ｓにおいて、発光層１２０を含む各層が設けられた面とは反対側の面上に、増反射層に相当する各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒが設けられる。
以下、本発明の実施形態に係る半導体発光素子基板の基板Ｓにおいて、反射層Ｒ側に関して説明する。【００９０】
各誘電体層Ｈ，Ｌは、基板Ｓ上に、高屈折率誘電体層Ｈと低屈折率誘電体層Ｌが交互に積層される。図３では、基板Ｓ上に高屈折率誘電体層Ｈから順に、各誘電体層Ｈ，Ｌが計４層積層された構成を図示しているが、各層は何層設けられていてもよく、屈折率が相対的に高い物質、低い物質からなる膜を交互に組み合わせた構成であればよい。【００９１】
高屈折率誘電体層Ｈを形成する物質として、例えば、チタン酸化物（ＴｉＯ２、屈折率は２．５２），ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２、屈折率は２．４），タンタル酸化物（Ｔａ２Ｏ５、屈折率は２．１６），ニオブ酸化物（Ｎｂ２Ｏ５、屈折率は２．３３）が挙げられる。また、低屈折率誘電体層Ｌを形成する物質として、例えば、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３、屈折率は１．７６），ケイ素酸化物（ＳｉＯ２、屈折率は１．４５），フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、屈折率は１．３７）が挙げられる。【００９２】
上記構成の各誘電体層Ｈ，Ｌが形成された後、反射層Ｒが形成される。反射層Ｒは、反射率の高い金属によって形成され、例えば、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）等が用いられる。この反射層Ｒの材料としてＡｌを用いる際には、成膜時の基板温度、真空チャンバ２内の圧力が大きく反射率に関係する。【００９３】
そして、これら各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒは、上記の薄膜形成装置１を用いて、各種材料を蒸着させることにより形成される。なお、各膜厚は所望の反射率に応じて適宜設計される。また、各誘電体層Ｈ，Ｌを形成する際には、真空チャンバ２内の圧力を１×１０−３Ｐａ以下、より好ましくは１×１０−４〜１×１０−３Ｐａ程度としてから各誘電体層Ｈ，Ｌを成膜する。各誘電体層Ｈ，Ｌを成膜する時、１×１０−３Ｐａよりも高い圧力下で成膜すると、良好な膜質の各誘電体層Ｈ，Ｌを得ることが難しい。またこのとき、基板Ｓの温度は１００〜１２０℃、好ましくは１１０℃程度とすると、各誘電体層Ｈ，Ｌの充填密度が高くなるため、好ましい。【００９４】
各誘電体層Ｈ，Ｌ上に、Ａｌを用いて反射層Ｒを形成する際には、基板温度が５０℃以下、且つ真空チャンバ２内の圧力を３×１０−４Ｐａ以下にして成膜する。このように、Ａｌを用いて反射層Ｒを成膜する時、基板Ｓの温度が室温（２５℃）程度から７０℃、より好ましくは２５℃〜５０℃とすると、良好な反射率の反射層Ｒを得ることができる。また、反射層Ｒを成膜する時、基板Ｓが配設される真空チャンバ２内の圧力が１×１０−４Ｐａ〜３×１０−４Ｐａ程度とすると、良好な反射率の反射層Ｒを得ることができる。
一方、基板温度が７０℃よりも高い場合や、内圧が３×１０−４Ｐａよりも高い場合には、良好な反射率の反射層Ｒを得ることが難しい。【００９５】
なお、図３では基板Ｓ上に、バッファー層１００，ｎ型ＧａＮ層１１０，発光層１２０，ｐ型ＧａＮ層１３０が順に積層され、これら半導体層と反対側に反射層Ｒを形成した例を示したが、半導体層の構成はこれに限定されない。半導体発光素子として機能する構成であれば、その他の材料からなる半導体層が、図３とは異なる構成で設けられていても良いのは勿論である。【００９６】
次に、本実施形態の薄膜形成装置１を用いて上記構成の各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒを成膜する成膜プロセスについて、図４及び図５を用いて説明する。なお、図４及び図５では各工程の順序が異なる部分があるが、各誘電体層Ｈ，Ｌの材料、膜厚等に依存して適宜選択される。【００９７】
まず、図４を参照して本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程のフローチャート図である。
本製造工程では、まず、基板Ｓ（図３参照）を、反射層Ｒが形成される面を下に向けて基板ホルダ３にセットし、真空チャンバ２の扉を閉じる（基板保持工程Ｓ１）。次に、真空バルブ３１を開き、真空チャンバ２の真空排気を行う（真空排気工程Ｓ２）。なお、この操作は圧力制御手段３４によって行われても良い。【００９８】
基板保持工程Ｓ１では、基板Ｓを、反射層Ｒが成膜される面を蒸発源６側に向けて基板ホルダ３にセットする。より詳細には、バッファー層１００，ｎ型ＧａＮ層１１０，発光層１２０，ｐ型ＧａＮ層１３０が順に積層され、各電極２１０，２３０が形成された基板Ｓ（図３参照）を、各半導体層が形成されていない面を下に向けて基板ホルダ３にセットする。【００９９】
なお、各半導体層の成膜に関し、基板保持工程Ｓ１の前に各半導体層を基板Ｓの一方の面上に形成する工程を備えるか、または反射層形成工程Ｓ１０の後に各半導体層を形成する工程を備えていても良い。ただし、一般に、ＧａＮ系化合物によって構成される各半導体層の成膜は過酷な条件を必要とするため、予め基板Ｓ上に各半導体層を形成した後、各半導体層の裏面に各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒを形成する工程を行うのが好ましい。【０１００】
真空チャンバ２内を減圧状態にした後、基板Ｓが設定温度（本実施形態では１１０℃）となるように加熱手段８による加熱が開始され、温度制御手段２４によって基板Ｓの温度が設定温度になるように調整される（基板加熱工程Ｓ３）。このとき、加熱手段８もまた、温度制御手段２４に接続されていると好ましい。また、誘電体層形成工程Ｓ７が開始されるまでに、基板Ｓの温度が設定温度となるように制御されていればよい。
このように、基板Ｓを加熱して一定温度に保持した状態で成膜を行うと、基板Ｓ上に形成される膜に関し、充填密度が高くなるので好ましい。【０１０１】
その後、真空チャンバ２内の圧力が圧力計３２によって計測、表示され、圧力制御手段３４において１×１０−３Ｐａ以下となったか判断される（第一の判断工程Ｓ４）。
第一の判断工程Ｓ４において、真空チャンバ２内の圧力が１×１０−３Ｐａ以下に達していない場合（第一の判断工程Ｓ４：Ｎｏ）は、真空バルブ３１は引き続き開いた状態に保持され、真空ポンプ３３によって排気が継続される。【０１０２】
一方、真空チャンバ２内の圧力が１×１０−３Ｐａ以下に達した場合（第一の判断工程Ｓ４：Ｙｅｓ）は、圧力制御手段３４によって真空バルブ３１が適宜開閉され、真空ポンプ３３による排気量が制御され、真空チャンバ２内が１×１０−３Ｐａ以下に維持される。なお、真空チャンバ２内が所定の圧力に達した場合（第一の判断工程Ｓ４：Ｙｅｓ）であっても、真空バルブ３１及び不図示のＭＶ（ミニチュアバルブ）が開いた状態に維持され、真空排気が継続されていると好ましい。【０１０３】
真空チャンバ２内が１×１０−３Ｐａ以下に維持された後、基板Ｓを保持した基板ホルダ（基板保持手段）３が回転し（基板保持手段回転工程Ｓ５）、基板Ｓに対してイオン源７からイオンビームが照射される。基板Ｓにイオンビームを照射することにより、基板Ｓの表面に付着した汚染物質、特に炭化水素系の重合物等を効果的に除去することができる（基板洗浄工程Ｓ６）。なお、基板保持手段回転工程Ｓ５は必ずしもこの順に行われる必要はなく、適宜他の工程の前後に設けられる。【０１０４】
基板Ｓの表面を洗浄した後、上記構成の各誘電体層Ｈ，Ｌを蒸着により成膜する（誘電体層形成工程Ｓ７）。誘電体層形成工程Ｓ７では、高屈折率物質（例えば、Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２等）や低屈折率物質（例えば、ＳｉＯ２等）を放出する蒸発源６の近傍に設けられたシャッター（不図示）の開閉を制御して、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に基板Ｓに向かって放出する。【０１０５】
これらの蒸着物質Ｐを放出する間、イオン源７からイオン（例えば、Ｏ２＋やＡｒ＋）を基板Ｓに衝突させることによって、基板Ｓに付着した各誘電体層Ｈ，Ｌの表面を平滑化すると共に緻密化する。この操作を所定回数繰り返すことにより多層膜を形成する。
このとき、イオンビームの照射により基板Ｓに電荷の偏りが生じるが、この電荷の偏りは、不図示のニュートラライザから基板Ｓに向けて電子を照射することで中和する構成とすると好適である。【０１０６】
その後、基板Ｓの加熱を終了すると共に、予めスタンバイモードで運転されていた冷凍機１１を冷却モードとして運転を開始し、冷却を開始する（冷却工程Ｓ９）。イオンクリーニング（基板洗浄工程Ｓ６）及び各誘電体層Ｈ，Ｌの成膜（誘電体層形成工程Ｓ７）の後は、基板Ｓが１００℃以上の高温になる。したがって、基板Ｓの加熱を停止する基板加熱停止工程Ｓ８及び冷却工程Ｓ９を設け、冷却手段１１，１２，１３を用いて基板Ｓの冷却を行うことにより、次に行う反射層Ｒの形成に適した基板温度まで素早く冷却することができる。なお図４では、基板加熱停止工程Ｓ８及び冷却工程Ｓ９の順は何れが先であってもよいが、電力消費を抑えるため、基板加熱停止工程Ｓ８が先に行われると好ましい。【０１０７】
なお、基板Ｓの冷却は、反射層形成工程Ｓ１１が終了するまで行う。このように、冷却を行いながら反射層Ｒを形成した方が、より高い反射率を備えた反射層Ｒを形成することができ、好適である。【０１０８】
そして、基板Ｓの温度が温度計２５によって計測され、温度制御手段２４によって基板温度が５０℃以下となったか判断される（第二の判断工程Ｓ１０）。また、基板温度が５０℃以下となった場合であっても、真空チャンバ２内の圧力が３×１０−４Ｐａ以下となったか否かが圧力制御手段３４において判断され（第二の判断工程Ｓ１０）、基板温度及び内圧条件の両方を満足した場合にのみ、次の工程に進む（第二の判断工程Ｓ１０：Ｙｅｓ）。【０１０９】
このとき、温度制御手段２４には予め所定温度（本実施形態では５０℃）が入力され、所定温度以下となったか否かを判断する構成とすると好ましい。また、圧力制御手段３４には予め所定圧力（本実施形態では１×１０−３Ｐａ及び３×１０−４Ｐａ）が入力され、各判断工程Ｓ４，Ｓ１０において所定圧力以下となったか否かを判断する構成であると好適である。【０１１０】
基板温度が５０℃以下に達していない時（第二の判断工程Ｓ１０：Ｎｏ）は、反射層Ｒにおいて良好な反射率を得ることが難しい。したがって、基板Ｓの冷却が継続され、工程Ｓ１０の判断が繰り返される。また、真空チャンバ２内が３×１０−４Ｐａ以下に達していない場合（第二の判断工程Ｓ１０：Ｎｏ）も、反射層Ｒにおいて良好な反射率を得ることが難しい。したがって、反射層形成工程Ｓ１１の間も、真空バルブ３１や不図示のＭＶが開いた状態とすると、真空排気が続行され、真空チャンバ２内の圧力は３×１０−４Ｐａ以下に維持され、良好な膜質の反射層Ｒが形成される。【０１１１】
第二の判断工程Ｓ１０において、基板温度及び内圧条件の両方を満足した場合にのみ、各誘電体層Ｈ，Ｌの上に、反射層Ｒが成膜される（反射層形成工程Ｓ１１）。このとき、温度制御手段２４及び圧力制御手段３４と、蒸発源６上に設置される不図示のシャッターの開閉状態を制御するシャッター制御手段とが互いに接続され、上記二つの条件を満足した際に自動的にシャッターが開かれ、反射層Ｒが成膜される構成とされていても良い。そして、反射層Ｒが所定の膜厚に達した後、不図示のシャッターが閉じられ、さらに基板Ｓは冷却機構によって適宜冷却され、成膜作業が終了する。なお、アルミニウム等によって形成された反射層Ｒの成膜後、さらに保護膜を形成する工程を設けても良い。【０１１２】
上記工程を経て成膜作業が終了すると、冷凍機１１を解凍モードで運転し、冷却板１３の温度を室温まで上昇させる。その後、不図示のリークバルブを開いて不活性ガス等を導入し、真空チャンバ２の内部を大気圧とする（リーク工程Ｓ１２）。そして、基板ホルダ３から基板Ｓを取り出す。なお、リーク工程Ｓ１２において、冷却手段１１，１２，１３に流通しているガス冷媒を熱交換機２６に通さず、圧縮機２０から直接冷却板１３（各冷却板４３〜４５）に流すことにより、冷却板を室温に戻すことが可能である。【０１１３】
以上の工程により、本発明の半導体発光素子基板の各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒが成膜される。なお、上記工程において基板Ｓに蒸着させる物質、すなわち、各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒの材料物質を配設する工程の説明は省略したが、基板Ｓを基板ホルダ３に載置する前後等で適宜行われる。【０１１４】
また、イオンクリーニングを行う基板洗浄工程Ｓ６の前に、蒸発源６及びイオン源７の予備加熱工程を適宜設けると好適である。【０１１５】
次に、図５を参照して本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程について説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子基板の製造工程のフローチャート図である。図４における基板保持工程Ｓ１から第一の判断工程Ｓ４と、図５に示す基板保持工程Ｓ１０１から基板加熱工程Ｓ１０３までは同じ構成であるため、その説明を省略する。【０１１６】
図５に示す半導体発光素子基板の製造工程は、基板Ｓの加熱を開始する基板加熱工程Ｓ１０３の後、基板Ｓの冷却を開始する冷却工程Ｓ１０４が行われる。このときの冷凍機１１の動作は図４の冷却工程Ｓ９と同様である。【０１１７】
このように、図４に示した半導体発光素子基板の製造工程とは異なり、冷却工程Ｓ１０４を早い段階で設けることにより、消費電力は多くなるが、予め冷却手段１１，１２，１３（及び４３，４４）を動作させておくことで安定して動作させることができ、また、予め冷却手段１１，１２，１３（及び４３，４４）が稼働しているため、基板Ｓの冷却時間を短くすることができる。【０１１８】
冷却工程Ｓ１０４において基板Ｓの冷却が開始された後、第一の判断工程Ｓ１０５において、真空チャンバ２内が１×１０−３Ｐａ以下であるか判断される（第一の判断工程Ｓ１０５）。この第一の判断工程Ｓ１０５において、真空チャンバ２内が１×１０−３Ｐａ以下であると判定された後、本実施形態では各誘電体層Ｈ，Ｌを成膜する。なお第一の判断工程Ｓ１０５において、基板Ｓの温度が設定温度（本実施形態では１１０℃程度）に維持されているか否かの判断も合わせて行い、基板温度が所定温度に維持されていると判断された後、次の工程に進むと好ましい。【０１１９】
その後、基板Ｓを保持した基板ホルダ（基板保持手段３）が回転し（基板保持手段回転工程Ｓ１０６）、基板Ｓに対してイオン源７からイオンビームが照射される（基板洗浄工程Ｓ１０７）。このように、基板Ｓのイオンクリーニング時も冷凍機１１によって基板Ｓが冷却されていると、基板Ｓの温度が上昇しすぎることがなく、冷却時間を短縮することができるので好適である。なお、基板保持手段回転工程Ｓ１０６は必ずしもこの順に行われる必要はなく、適宜他の工程の前後に設けられる。【０１２０】
そして、基板洗浄工程Ｓ１０７の間も基板Ｓが冷却されているものの、基板Ｓは加熱されて略１１０℃に維持されているため、次の誘電体層形成工程Ｓ１０８において、各誘電体層Ｈ，Ｌは良好な膜質の層を形成することができる。そして、誘電体層形成工程Ｓ１０８の間も基板Ｓが冷却されるため、各誘電体層Ｈ，Ｌの成膜時も基板Ｓの温度が上昇しすぎることがなく、各誘電体層Ｈ，Ｌを成膜する間の冷却時間が極めて短縮される。【０１２１】
また、図７から示されるように、各誘電体層Ｈ，Ｌは層数が多い方が反射層Ｒにおいて高反射率を得ることができるが、層数が多いと必然的に基板温度が上昇しやすい。したがって、図５のように、各誘電体層Ｈ，Ｌを成膜する誘電体層形成工程Ｓ１０８の前に、基板Ｓの冷却を開始する冷却工程Ｓ１０４が行われることにより、各誘電体層Ｈ，Ｌの数が比較的多い場合であっても、基板温度の上昇を防止することができる。【０１２２】
なお、冷却工程Ｓ１０４に関し、冷却は反射層Ｒの成膜を開始するまで基板Ｓを冷却しても良いし、また、反射層Ｒの成膜終了まで冷却を行っても良い。反射層Ｒの成膜が終了するまで冷却を継続することにより、膜質の良い反射層Ｒを成膜することができる。【０１２３】
したがって、本発明の半導体発光素子基板の製造方法によって、各誘電体層Ｈ，Ｌの数を多くすることによって反射率を向上させた場合であっても、短時間で各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒを成膜することができる。【０１２４】
このように、誘電体層形成工程Ｓ１０８において各誘電体層Ｈ，Ｌが形成された後、基板Ｓの加熱を停止する基板加熱停止工程Ｓ１０９に進む。基板加熱停止工程Ｓ１０９は、温度制御手段２４によって行われると好ましい。基板加熱を停止した後、基板保持手段回転工程Ｓ５及び基板洗浄工程Ｓ６が行われていても良い。第二の判断工程Ｓ１１０に進む。図５に示す第二の判断工程Ｓ１１０以降の工程と、図４における第二の判断工程Ｓ１０以降の工程は同じ構成であるため、その説明を省略する。【０１２５】
次に、図６を参照して本発明の実施例を説明する。図６は、本発明の実施例に係る半導体発光素子基板の製造時間と基板温度との関係を示すグラフ図である。なお、本実施例の半導体発光素子基板の各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒの構成は、上記図３で示した構成である。また、本実施例の半導体発光素子基板の各誘電体層Ｈ，Ｌ及び反射層Ｒは、上記図１を参照して説明した薄膜形成装置１を用い、図４を用いて説明した製造工程を経て成膜した。【０１２６】
本実施例において、各誘電体層Ｈ，Ｌを以下の条件で成膜した。
基板：サファイア基板
高屈折率誘電体材料：  ＴｉＯ２（屈折率：２．５２），
低屈折率誘電体材料：  ＳｉＯ２（屈折率：１．４５）
ＴｉＯ２の成膜速度：  ０．５ｎｍ／ｓｅｃ
ＳｉＯ２の成膜速度：  １．０ｎｍ／ｓｅｃ
ＴｉＯ２／ＳｉＯ２蒸発時のイオン源条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：１２００Ｖ
イオン電流：１２００ｍＡ
イオンビームエネルギー密度：１００ｍＷ／ｃｍ２
ニュートラライザの条件
ニュートラライザ電流：２０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ【０１２７】
図６において、横軸は基板Ｓを基板ホルダ３に載置した（すなわち、図４の基板保持工程Ｓ１）後、図２では加熱手段８によって基板Ｓを加熱し始めた時（すなわち、基板加熱工程Ｓ３）を０とした製造時間である。また、縦軸は温度計２５によって計測された基板温度を示している。なお、製造開始直後から急激な温度上昇が観測され、その後開始から約１８分が経過するまで基板温度が一定になっている。【０１２８】
これは、製造開始０分から１８分が経過する間に図４の基板加熱工程Ｓ３によって基板Ｓの加熱が行われたことを示すものである。また、基板加熱工程Ｓ３による基板Ｓの温度は、各誘電体層Ｈ，Ｌの充填密度を高くするため、１１０℃とした。また、基板Ｓの加熱を開始する前に、図４の真空排気工程Ｓ２が行われている。【０１２９】
そして、開始から約１８分経過後（図６の線Ａ）に、真空チャンバ２内の圧力が１×１０−３Ｐａ程度となったことが確認されたため、第一の判断工程Ｓ４において真空チャンバ２内の圧力が１×１０−３Ｐａ以下であると判定され、その後、誘電体層形成工程Ｓ７が行われる前に、図４の基板保持手段回転工程Ｓ５及び基板洗浄工程Ｓ６が行われている。【０１３０】
図６において、約１９分のときに基板温度の上昇が観測されているが、これはイオンクリーニングにより基板洗浄工程Ｓ６を行ったためである。そして、イオンクリーニング終了後は、基板温度の下降が観測されている。【０１３１】
その後、図６中の線Ｂに至るまで基板温度の上昇、下降を繰り返しているが、これは、図４の誘電体層形成工程Ｓ７により、各誘電体層Ｈ，Ｌを順に成膜していることを示す。なお、図６中の２０〜２７分の間はそれぞれ順に、基板Ｓ上に高屈折率誘電体層Ｈの一層目、二層目及び低屈折率誘電体層Ｌの一層目、二層目を交互に成膜していることを示す。【０１３２】
全ての誘電体層が成膜された後（すなわち、図６中の線Ｂ）、図４の冷却工程Ｓ９によって冷却が開始される。またこの時、基板加熱停止工程Ｓ８もほぼ同時に行われる。図６中の線Ｂから線Ｃの間に観測されている基板温度のなだらかな下降は、冷却が行われていることを示すものである。より詳細には、製造開始から２７分後から約５７分まで（３０分間、図６中の矢印で示された時間）冷却を行っていることを示すものである。【０１３３】
その後、製造開始から約４５分のあたり（図６中の線Ｃ）で基板温度の上昇がわずかに観測されるが、これは、反射層Ｒを蒸着するためのＡｌ坩堝を１分間、電子ビームで予備加熱したためである。このとき、真空チャンバ２内の圧力は５．０×１０−４Ｐａ以下であった。
さらにその後、反射層Ｒが積層される膜に対してイオンビームによるイオンクリーニングを１分間行った。なお、イオンクリーニング時の真空チャンバ２内の圧力は２．１×１０−２Ｐａ程度であった。【０１３４】
イオンビームによるイオンクリーニング条件は以下の条件で行った。
イオンクリーニング条件
導入ガス：酸素６０ｓｃｃｍ
イオン加速電圧：５００Ｖ
イオン電流：５００ｍＡ
ニュートラライザの条件
ニュートラライザ電流：１０００ｍＡ
放電ガス：アルゴン１０ｓｃｃｍ【０１３５】
その後（図６中の線Ｄ以降）、反射層Ｒを成膜するために真空チャンバ２内が適切な圧力範囲となるまで、基板Ｓの冷却を行いながら真空チャンバ２内を減圧した。そして、製造開始から５５分が経過した時（図６中の線Ｅ）、図４の第二の判断工程Ｓ１０で真空チャンバ２内の圧力が３×１０−４Ｐａ以下であること、及び基板温度が５０℃以下であることが確認された。
なおこのとき、真空チャンバ２内は２．０×１０−４Ｐａ、放射温度計は３０℃を示していた。【０１３６】
製造開始から５５分〜５７分の間（図６中の線Ｅと線Ｆの間）、真空チャンバ２内の圧力が２．０〜３．０×１０−４Ｐａとなるようにして、基板Ｓに対してＡｌ膜を蒸着し、反射層Ｒを形成した（反射層形成工程Ｓ１１）。
なおこの時、基板Ｓは冷却されているため、大きな温度上昇は観測されず、ほぼ一定となっていた。
その後、基板Ｓの温度が室温付近となるまでさらに冷却し、真空チャンバ２をリークした（リーク工程Ｓ１２）。【０１３７】
したがって本実施例において、誘電体層を成膜した後（図６中の線Ｂ）、反射層Ｒの成膜を開始するまで（図６中の線Ｅ）に基板を冷却する時間は、２８分間であった。従来の方法では、反射層Ｒを成膜するために基板温度を５０℃以下まで冷却し、その冷却時間として約２〜３時間を要していた。これに対し、本実施例では、基板温度をさらに低い室温付近まで冷却することができ、且つその冷却時間は２８分間と極めて短くすることが可能であった。【０１３８】
なお、反射層Ｒは以下の条件で成膜した。
反射層材料：  Ａｌ
Ａｌの成膜速度：  ２．５ｎｍ／ｓｅｃ【０１３９】
本実施例で成膜した反射層Ｒの４５０〜４７０ｎｍ（青色ＬＥＤの発光波長範囲）における反射率は、９８％であった。したがって本発明により、半導体発光素子基板の反射層Ｒは良好な反射率を備え、且つその製造時間を効果的に短縮することができる。
【図１】
2011135667.tif 000003
【図２】
2011135667.tif 000004
【図３】
2011135667.tif 000005
【図４】
2011135667.tif 000006
【図５】
2011135667.tif 000007
【図６】
2011135667.tif 000008
【図７】
2011135667.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月27日(2010.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物又はニオブ酸化物のいずれかの物質からなる層と、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物又はフッ化マグネシウムのいずれかの物質からなる層と、が交互に組み合わされてなる誘電体層と、アルミニウムからなる反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、
真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、
前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、
該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、
前記基板の温度を１００〜１２０℃とし、前記基板上に前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、
前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、
前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、
前記基板の温度を２５〜７０℃とし、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなることを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項２】
基板上に、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物又はニオブ酸化物のいずれかの物質からなる層と、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物又はフッ化マグネシウムのいずれかの物質からなる層と、が交互に組み合わされてなる誘電体層と、アルミニウムからなる反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、
真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、
前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、
該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、
前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、
前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、
前記基板の温度を１００〜１２０℃とし、前記基板上に前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、
前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、
前記基板の温度を２５〜７０℃とし、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなることを特徴とする半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項３】
前記基板洗浄工程の前に、前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下であるか判断する第一の判断工程を更に備え、
前記真空チャンバ内が１×１０−３Ｐａ以下である場合、前記基板洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項４】
前記反射層形成工程の前に、前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下であるか判断する第二の判断工程を更に備え、
前記基板の温度が５０℃以下であると共に前記真空チャンバ内が３×１０−４Ｐａ以下である場合、前記反射層形成工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【請求項５】
前記第二の判断工程は、前記真空チャンバに真空バルブを介して接続された真空ポンプ及び前記真空バルブに接続された圧力制御手段と、前記基板の近傍に設置された温度計及び前記冷却手段に接続された温度制御手段と、によって行われ、
前記反射層形成工程は、前記圧力制御手段及び前記温度制御手段に接続されたシャッター制御手段が蒸発源上に配設されたシャッターを開く制御を行うことによって行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子基板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記課題は本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板上に、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物又はニオブ酸化物のいずれかの物質からなる層と、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物又はフッ化マグネシウムのいずれかの物質からなる層と、が交互に組み合わされてなる誘電体層と、アルミニウムからなる反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、前記基板の温度を１００〜１２０℃とし、前記基板上に前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、前記基板の温度を２５〜７０℃とし、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなること、により解決される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
従来の方法では、基板は真空中に配設されるため真空断熱されており、その結果、基板の冷却に長時間を要していた。さらに誘電体層形成工程において、蒸発源及びイオン源が加熱されており、その輻射熱を基板が受けるために、冷却効率が非常に低いものであった。
このような問題点に対し、本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板からの輻射熱を冷却手段によって吸収することにより、効果的に冷却することができる。したがって、複数の誘電体層を成膜した後、基板温度が上昇しても、真空チャンバ内で基板の輻射熱を吸収する冷却工程を備えていることにより、基板の冷却時間を短縮することができ、製造時間を短縮することができる。
また、反射層の材料として、高い反射率を備えたアルミニウムを用いることにより、高い反射率を得ることができる。そして、各誘電体層に対して高い密着性を備えた反射層とすることができる。
さらにまた、誘電体層の材料として、高屈折率誘電体と低屈折率誘電体とを用い、これらを交互に蒸着させることにより、反射層と組み合わせた際、より高い反射率を得ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、前記課題は、本発明の半導体発光素子基板の製造方法によれば、基板上に、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物又はニオブ酸化物のいずれかの物質からなる層と、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物又はフッ化マグネシウムのいずれかの物質からなる層と、が交互に組み合わされてなる誘電体層と、アルミニウムからなる反射層と、を一方の面上に順に備えた半導体発光素子基板の製造方法であって、真空チャンバ内に配設された基板保持手段に前記基板を保持させる基板保持工程と、前記真空チャンバ内を排気する真空排気工程と、該真空排気工程と略同時に行われ、前記基板を加熱する基板加熱工程と、前記基板の近傍であって前記基板とは非接触となる位置に配設された冷却手段によって、前記基板及び前記基板保持手段からの輻射熱を吸収して前記基板及び前記基板保持手段の冷却を開始する冷却工程と、前記基板に対してイオンを照射して前記基板を洗浄する基板洗浄工程と、前記基板の温度を１００〜１２０℃とし、前記基板上に前記誘電体層を蒸着させる誘電体層形成工程と、前記基板の加熱を停止する基板加熱停止工程と、前記基板の温度を２５〜７０℃とし、前記誘電体層上に前記反射層を蒸着させる反射層形成工程と、をこの順に備えてなること、により解決される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2011135667.tif 000010
2011135667.tif 000011
2011135667.tif 000012
2011135667.tif 000013